化工厂硫酸生产中尾气达标排放与低浓度SO_2资源化回收利用措施.pdf

化工厂硫酸生产中尾气达标排放与低浓度SO2 资源化回收利用措施 宫 毅 魏 睿 金川集团公司化工厂, 金川 737100 杨 静 金川集团公司安环部, 金川 737100 摘要 针对金川集团公司化工厂硫酸生产中, 冶炼烟气 SO2浓度波动大、频繁及其系统故障引发的制酸系统的非正 常、正常 SO2烟气条件下尾气超标排放及其低浓度 SO2无法回收利用问题, 结合化工厂产业特点及其优势; 采用尾气 吸收等技术措施, 不但使硫酸系统尾气达标排放 , 而且使尾气中低浓度 SO2作为资源生产亚硫酸钠得到开发利用。 关键词 硫酸 亚硫酸钠 吸收塔 吸收液 循环 综合利用 措施 0 引言 金川集团公司化工厂是一个利用冶炼过程中产 生的烟气 SO2生产硫酸、 亚硫酸钠化工产品的环保型 企业 。目前化工厂冶炼烟气的制酸量已占集团公司 冶炼烟气量的 80 以上。近几年来, 由于硫酸生产 中受冶炼烟气 SO2浓度频繁波动较大 、 冶炼系统故障 以及自身工艺技术等因素的制约, 化工厂硫酸生产系 统尾气 SO2浓度在冶炼烟气非正常条件下 烟气中 SO2质量分数 3. 5 均难以达标排放 ,不但造 成大量含 SO2的尾气超标排入大气, 而且使得大气受 到一定程度的污染和 SO2资源的大量浪费 。因此 ,硫 酸生产中冶炼烟气 SO2浓度正常与非正常条件下尾 气达标排放及将其低浓度 SO2作为资源进一步合理 开发利用 ,这个问题已成为化工厂硫酸生产中困扰已 久和亟待解决的技术难题之一 。如何经济合理、 充分 利用化工厂自身的产业特点及优势解决好这一环保 问题 , 已成为环保工作者长期以来探索的问题。 1 制酸系统生产和尾气排放的现状 1. 1 硫酸一车间生产系统现状分析 硫酸一车间一、二生产系统建成于 20 世纪 80 年 代,年生产能力 20 万 t , 由于制酸工艺采用一转一 吸, 与现制酸工艺相比工艺技术较为落后 。多年来, 尽管系统多次进行了技术改造和工艺指标优化 , 其 尾气 SO2浓度的控制效果虽有很大提高, 但因受技 术条件 、 烟气SO2浓度波动大等因素的制约 , 在正常 烟气 SO2质量分数 3. 5生产条件下, 仍不能满足 达标排放的需要, 而在非正常烟气条件下常常出现 低浓度SO2无法回收等情况 。 1. 2 硫酸三车间生产系统现状分析 硫酸三车间生产系统始建于 20 世纪 90 年代 ,年 生产能力 30万 t ,尽管制酸技术上采用了较为先进的 两转两吸工艺模式, 同时又经过多次技术改造及工艺 指标优化, 但至今由于转化装备陈旧落后及冶炼烟气 SO2浓度波动较大且频繁 , 在正常烟气条件下尾气 SO2控制效果仍然不理想 ,尤其在非正常烟气条件常 常出现低浓度 SO2无法回收等情况。 1. 3 30 万 t 、 53 万 t 生产系统现状分析 30万 t 、 53万 t 生产系统始建于2006年和2005年 , 年生产能力分别为30万 t 和50万 t 。其制酸工艺采用 两转两吸工艺模式,整个系统配置在国内硫酸行业处 于领先地位。尽管如此,同样因冶炼烟气波动频繁、 较 大等因素,常常出现正常烟气条件下尾气SO2失控以 及非正常烟气条件低浓度 SO2无法回收等情况。 2 尾气系统的改造及其 SO2的合理回收利用 众所周知, 低浓度SO2用于生产硫酸是一个世界 性的难题。能否结合化工厂产业特点和优势 ,将低浓 度SO2进一步合理开发利用 ,是解决硫酸生产中正常 烟气条件下尾气的达标排放及非正常烟气条件下将 SO2资源化合理回收利用的关键 。即充分利用化工 厂生产亚硫酸钠这一产业特点和优势 , 同时利用自 产NaOH 作为吸收剂 , 运用其吸收特性及原理, 同时 将硫酸生产中排出含 SO2尾气作为资源, 以化工厂现 有亚硫酸钠生产线作为其后序生产线生产亚硫酸钠。 2. 1 工艺流程 在各硫酸系统原有设施的基础上 ,在各硫酸尾气 20 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 系统增设塔槽一体的尾气吸收塔 1套 、 循环泵及其输 送管道。将硫酸系统尾气送至新增设的尾气吸收塔底 部入口 ; 吸收剂 NaOH 自塔顶部喷淋器喷淋,通过塔内 各填料层进行气 - 液相传质吸收, 吸收液亚硫酸钠至 循环槽,经循环泵多次循环, 当吸收液 pH 达到 6 时送 至厂内亚硫酸钠生产线生产亚硫酸钠产品; 吸收塔出 口的尾气送至原硫酸尾气排气系统排入大气。硫酸系 统尾气中SO2的回收与利用 ,其工艺流程如图1 所示。 1吸收液循环泵; 2尾气吸收塔; 3循环槽; 4二循环槽; 5尾气烟囟。 图 1 硫酸尾气吸收系统工艺流程 3 技术要点 3. 1 吸收原理 如图 1 所示 ,硫酸系统尾气从吸收塔底部进口进 入,吸收剂 NaOH 经塔顶部进口进入至喷淋器喷淋, 再通过塔内各填料层进行气-液相逆向传质吸收 ,生 成吸收液亚硫酸钠至塔底部吸收液出口排出 。 3. 2 吸收塔制作特点 由于考虑到各硫酸系统用地紧张等因素 ,要求吸 收塔和循环槽尽可能减少占地面积 ,因此需将吸收塔 设计成塔槽一体的结构, 将常规的一塔一槽改成一塔 两槽结构 。由此不但可减少占地面积, 也可减少循环 泵的使用数量。 3. 3 吸收液的控制要求 吸收液pH 控制在6 左右是吸收过程确保吸收尾 气达标排放, 尽可能有效回收冶炼烟气正常或非正 常条件下低浓度 SO2关键不可缺少的一个环节。其 原因 当吸收液 pH 5 时, 其吸收液会产生过饱和现 象,很难产生气 - 液传质 ,吸收尾气中的 SO2, 致使排 出的吸收尾气超标 。因此在此环节上必须严格控制 好吸收液 pH ,同时为下一步生产亚硫酸钠产品节省 吸收环节的时间以及为亚钠产品吸收调节环节留下 一定的控制调整空间 。 3. 4 循环 、 输送泵的配置要求 1各硫酸尾气处理系统每个吸收循环系统均 配置 1 台吸收循环泵 ; 要求每个循环上下槽应按其控 制要求交替使用 。 2各硫酸尾气处理系统每个吸收循环系统均 配置 1 台 pH6吸收塔液输送泵。其作用是将经多次 循环后达 pH6亚硫酸钠吸收液从其储槽中送到亚硫 酸钠生产线 。 3在氯碱车间增设 2台远距离NaOH 液体输送 泵; 1 台工作,1 台备用 ,其作用为各硫酸尾气吸收系 统循环槽输送吸收剂NaOH 。要求控制点集中设在硫 酸一车间主控室 ,以便吸收剂NaOH 集中统一调配 。 3. 5 吸收塔尾气的控制要求 金川集团公司化工厂利用冶炼含 SO2烟气生产 亚硫酸钠的生产实践表明 吸收过程尾气达标排放的 关键在于其吸收液 pH 的严格控制 。控制时既要避 免吸收液产生过饱和现象 ,同时又要考虑吸收液送到 亚硫酸钠生产线所需的调节控制空间及其条件。 3. 6 硫酸烟气系统阻力影响因素 现各硫酸烟气系统阻力状况是决定新增吸收装 置能否正常运行的关键 。通过对硫酸烟气系统阻力 进行检测及核算 ,得出各硫酸系统二吸塔出口压力见 表1。 表 1 各硫酸系统二吸塔出口压力情况表 各系统风机开度至 60状态下 系统名称三硫酸一二系统30 万 t53万 t 二吸塔出口 压力 kPa 1. 0～ 1 . 40. 6～ 0 . 80. 14～ 0. 930 . 27 从表 1各硫酸系统二吸塔出口压力现状可看出 若二吸塔后接尾气吸收系统,系统所余压力显示不足 。 据理论估算和实际经验判断, 必须采取如下措施 1进行系统阻力全面核算和现场测试 。 2合理进行风机压力 、风量调整, 尽可能使风 压进一步增大。 3尽可能减少制酸系统可能减少的阻力 ,如二 吸收塔捕集器阻力等 。 4 经济效益分析 4. 1 SO2回收利用的量化分析 各硫酸系统尾气 SO2排放情况见表 2。 表 2 各硫酸系统尾气 SO2排放情况 系统名称三硫酸一二系统30 万 t53 万 t 正常烟气条件下 SO2 质量浓度 mgm- 3 2 000～ 4 500 2 500～ 5 000 850～ 1 300 900～ 1 400 非正常烟气条件下 SO2质量浓度 mgm- 3 10 000 ～ 16 000 10 000 ～ 16 000 10 000 ～ 16 000 10 000～ 16 000 21 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 1硫酸一 、 二系统尾气中回收 SO2量 1 正常烟气条件下尾气中 SO2回收量 尾气的烟 气流量为140 000 m 3 h; 尾气 SO 2质量浓度范围为 2 500～ 5 000 mg m 3 ; SO2日回收量最小为8. 4 t d ; SO2 日回收量最大为16. 8 t d。 2 非正常烟气条件下尾气中 SO2回收量 尾气 SO2质量浓度为10 000～ 16 000 mg m 3 ; SO2日回收量 最小为1. 4 t d; SO2日回收量最大为2. 24 t d; 每天按 非正常烟气条件出现一次 ,每天尾气中回收 SO2总量 为9. 8～ 19. 04 t d。 2硫酸三系统尾气中回收SO2量 1 正常烟气条件下尾气中 SO2回收量 尾气的烟 气流量为126 000 m 3 h, 尾气 SO 2质量浓度为2 000 ～ 4 500 mg m 3 ; SO2日回收量最小为6. 05 t d ; SO2日回 收量最大为13. 61 t d。 2 非正常烟气条件下尾气中 SO2回收量 尾气 SO2质量浓度为10 000～ 16 000 mg m 3 ; SO2日回收量 最小为1. 26 t d; SO2日回收量最大为2. 02 t d; 每天按 非正常烟气条件出现一次 ,每天尾气中回收 SO2总量 为7. 31～ 15. 63 t d。 3硫酸 30万 t 系统尾气中回收 SO2量 1 正常烟气条件下尾气中 SO2回收量 尾气的烟 气流量为150 000 m 3 h, 尾气 SO 2质量浓度为 850 ～ 1 300 mg m 3 ; SO2日回收量最小为3. 06 t d ; SO2日回 收量最大为4. 68 t d 。 2 非正常烟气条件下尾气中 SO2回收量 尾气 SO2质量浓度为10 000～ 16 000 mg m 3 ; SO2日回收量 最小为1. 5 t d ;SO2日回收量最大为2. 4 t d ; 每天按非 正常烟气条件出现一次, 每天尾气中回收SO2总量为 4. 56～ 7. 08 t d。 4硫酸 53万 t 系统尾气中回收 SO2量 1 正常烟气条件下尾气中 SO2回收量 尾气的烟 气流量为184 000 m 3 h; 尾气 SO 2质量浓度为 900 ～ 1 400 mg m 3 ; SO2日回收量最小为3. 97 t d ; SO2日回 收量最大为6. 18 t d 。 2 非正常烟气条件下尾气中 SO2回收量 尾气 SO2质量浓度为10 000～ 16 000 mg m 3 ; SO2日回收量 最小为1. 84 t d; SO2日回收量最大为2. 94 t d; 每天按 非正常烟气条件出现一次 ,每天尾气中回收 SO2总量 为5. 81～ 9. 12 t d。 5每年按 300 d 计硫酸各系统尾气中回收 SO2 总量 SO2年回收量最小为8 244 t ; SO2年回收量最大 为15 261 t ; 每年化工厂可在正常生产硫酸基础上 ,从 硫酸尾气中回收SO28 244～ 15 261 t ,作为化工厂SO2 资源来生产亚硫酸钠16 000～ 32 000 t 。 4. 2 社会效益分析 据保守粗略计算统计 化工厂硫酸尾气吸收系 统的开发利用, 每年可减少8 244～ 15 261 t SO2向金 昌大气中排放, 可大大减轻SO2对金昌的大气污染程 度,可使金昌大气环境质量大大地提高。 5 可行性分析 硫酸尾气低浓度 SO2吸收技术系硫酸尾气 SO2 回收与利用的关键性技术 ,而应用该技术吸收冶炼过 程产生 SO2烟气生产亚硫酸钠, 在化工厂已被应用 多年,并经实践证明其技术成熟可靠, 效果非常好。 因此开发应用硫酸尾气低浓度 SO2吸收技术是可靠、 可行的。同时随着化工厂 20 万 t 氯碱项目建设实施 以及 15万 t 亚钠生产线的竣工投产, 为吸收剂 NaOH 来源以及亚硫酸钠的生产提供了可靠的保障 。 6 结论 硫酸尾气吸收系统的开发与应用是充分结合化 工厂产业特点及优势使硫酸尾气 SO2在非正常和正 常烟气条件下达标排放及将其尾气中低浓度 SO2进 一步资源化回收利用的重要举措,其不仅具有较大的 经济 、 社会效益 ,而且为冶炼烟气制酸系统尾气低浓 度SO2作为资源合理开发利用开辟了一条新路 。 7 建议 长期以来, 集团公司化工厂亚硫酸钠生产中一直 选用 SO2质量分数为 3. 5 以上的冶炼烟气 , 常常形 成与硫酸生产争夺烟气原料这种局面 , 而在生产中 缺乏合理利用其生产特点及优势。加之随着硫酸系 统生产规模的扩大, 已具备足够的吸纳高浓度SO2的 生产空间 , 因此 ,建议调整亚硫酸钠原料烟气 SO2浓 度的选用方式, 将选用高浓度 SO2生产, 改用低浓度 SO2生产,合理利用冶金烟气资源。以此兼顾高、低 SO2浓度烟气的经济 、 合理地利用。 参考文献 [ 1] 王志魁. 化工原理. 北京 化工工业出版社, 1987 作者通信处 宫毅 737100 甘肃金昌 金川集团公司化工厂安环科 电话 0935 3992942 E -mail hwg569914yahoo. cn2007- 12-17 收稿 22 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 THE DESIGN OF NID FLUE GAS DESULFURIZATION REACTOR Hu Yun Zhu Minglun Zhang Zhengjie et al7 Abstract As a new generation of flue gas desulfurization technology in dry desulfurization technology, novel integrated desulfurization NID flue gas desulfurization technology has a high efficiency of desulfurization. The reactor is one of the key equipments in the desulurization system, whose structure has a full impact on desulfurization efficiency . NID flue gas desulfurization process andreactor sstructure and design principle and key parameter were presented in detail in order to supply referrence for designing a desulfurization system. Keywords NID flue gas desulfurization reactor MALODOR GAS CONTROL IN WASTEWATER TREATMENT PLANT BY CRYOGENIC PLASMA Zhu Tao Li Jian Liang Wenjun et al9 Abstract The malodor gas control in a wastewater treament plant using cryogenic plasma is a new technology . It is introducd the machnism of malodor treatment, craft flow chart and purification efficiency.Due to the emission of malodor gas with low concentration and large flux in a plant, the mean purification efficiency of malodor gas is over 95 in a simulation test of lab. The results show that cryogenic plasma technology is effective to control malodor gas. Keywords cryogenic plasma malodor purification efficiency wastewater treatment plant EFFECT OF CuMnOX γ -Al2O3CATALYSTS ON CATALYLIC COMBUSTION OF WASTEGAS CONTAINING TOLUENEZhao Shengwei Huang Xuemin Cao Xiaoqiang et al 13 Abstract CuO γ -Al2O3, MnOx γ -Al2O3and CuMnOx γ -Al2O3supported catalysts were prepared by impregnation. It was indicated by re - search that the T99of CuMnOx γ -Al2O3catalyst was 50 ℃ lower than the other two catalysts. CuMnOx γ -Al2O3catalyst was calcined under differ - ent temperatures of 300, 400, 500, 600℃ and it was found that CuMnOx γ -Al2O3catalyst calcined under 600℃ had higher catalytic activation. Keywords VOCs catalyst combustion CuMnOx γ -Al2O3 spinelle EXPERIMENTAL STUDY ON THE DESULPHURIZATION PERANCE OF THE DYNAWAVE SCRUBBERChen Changrui Sun Guogang Tan Huaping 16 Abstract The desulphurization perance was studiedin a laboratory -scale dyna -wave scrubber without any desulphurizer. Several opera - tion parameters, including liquid -gas ratio L G and pH value; and the patterns of liquid column injection, including downstream spray patternand upstream spray pattern, were investigated. Also the removal efficiency of tap water and de -ionized water was comparatively analyzed. Test results show that the removal efficiency of tap water increases with increasing the L G;the removal efficiency of upstream spray pattern is higher than downstream spray pattern, it can reach 75when L G ismore than 7; the removal efficiency of tapwater is higher than de -ionizedwater; imping - ing streams have the property of enhancing absorption. Keywords flue gas desulphurization de -ionized water mass transfer STANDARDIZING EXHAUST EMISSION IN SULPHURIC ACID PRODUCTION AND RECYCLING MEASURES OF LOW CONCENTRATION SO2IN A CHEMICAL PLANT GongYi Wei Rui Yang Jing 20 Abstract Aimed at the problems of great and frequent fluctuation of SO2concentration due to abnormal acid -producing system because of system break -downs, exhaust emission beyond the standardunder the normal condition of SO2aswell asfailing to utilize low concentrationSO2, it is presented the s to standardize exhaust emission systemwith absorption technology, and the ways to develop and utilize low-concentration SO2to manufacture sodium sulfite. Keywords sodium sulfite absorber absorbing fluid circling comprehensive utilization measure INITIAL STUDY ON EROSION TO FUME PURIFICATION SYSTEM OF VANADIUM EXTRAC - TION CONVERTER UNDER VANADIUM MIXTURE STATEMa Shili 23 Abstract It is exploredthe mechanisms of erosion to pipes and equipmentof the fume purification system of the vanadium extraction conve - rter under the co -effect of such comprehensible factors as vanadium mixture state, it is also analyzed some specific erosive inducements. The mea - sures and suggestions are proposed for the solution of erosion problem. Keywords vanadium extraction converter fume purification vanadium mixture state erosion safeguard RESEARCH AND PRACTICE OF TREATING DUST IN TIPPER ROOM Li Gang Zou Shenghua 25 Abstract It is revealed that the mechanisms of dust production, and analysed the flow pattern and air distribution in dumping system of dump truck based on theoretical and numerical simulations. The new way and for preventionof pollutionin the tipper room are de - tailed. The results show that it sa better scheme for dust controlin tipper room using ventilation spraying dust removal system. It is obtainedideal effect when this dedusting technology is applied to the purification of dust pollution in tipper room of a steel enterprise, which guarantees produc - 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 5,October, 2008